CN102957386A - 对电光源进行控制的运算放大器以及电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种对电光源进行控制的运算放大器以及电池管理系统，该运算放大器包括输入级和输出级，输入级包括：第一电流源，用于产生第一偏置电流；差分输入电路，用于接收所述第一偏置电流以及差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流，其中，输入级通过第一电源供电电压供电；输出级包括：负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流并输出单端输出信号，其中，输出级通过第二电源供电电压供电，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压。本发明提供的运算放大器以及电池管理系统，通过使用不同的电源供电电压供电，无需额外的电平转换电路，因此减小了运算放大器的面积，降低了运算放大器的成本以及功耗。

Description

对电光源进行控制的运算放大器以及电池管理系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种可降低面积、成本以及功耗的运算放大器以及电池管理系统。
背景技术
现有的运算放大器通常包括输入级和输出级，其中，输入级用于接收差分输入信号，输出级用于将差分输入信号转换为单端输出信号，并且输入级和输出级通过公共电源供电。例如：在电压测量系统中，现有的运算放大器可用于检测包含有多个单电池的电池组中的单电池电压；如果同相输入端和反相输入端的共模输入电平高于第一预设值(例如5V)，则输入级和输出级均需要由高于该共模输入电平的高压电源电压(例如18V)进行供电。此时，输入级和输出级均需要采用高压晶体管；高压晶体管是一种工作电压阈值大于高压电源电压(例如18V)的晶体管，高压晶体管的工作电压大于该工作电压阈值时会降低该晶体管的可靠性或者损坏该晶体管。
通常，高压晶体管具有较大的尺寸和较高的寄生参数，因此高压晶体管在运算放大器中的使用将会增加运算放大器的尺寸，并降低运算放大器的性能；进一步地，由于高压晶体管的栅源电压阈值VDS小于第二预设值(例如12V)，因此很难关断高压晶体管。因此，在现有的运算放大器中，通过采用电平转换电路将低压的控制信号转换为高压的控制信号，从而作用在高压晶体管的栅极以关断高压晶体管。然而，电平转换电路进一步增加了运算放大器的尺寸，同时也增加了运算放大器的成本；此外，在运算放大器关闭之后电平转换电路仍会继续运行，因此也增加了功耗。
发明内容
本发明提供一种运算放大器以及电池管理系统，以减小运算放大器的面积，降低运算放大器的成本以及功耗。
本发明提供一种运算放大器，包括：输入级和输出级；所述输入级包括：第一电流源，用于产生第一偏置电流；以及差分输入电路，与所述第一电流源相连，用于接收所述第一偏置电流以及差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流，其中，所述输入级通过第一电源供电电压供电；所述输出级包括：负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流并输出单端输出信号，其中，所述输出级通过第二电源供电电压供电，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压。
本发明所述的运算放大器，其中，所述输入级包括第一多个晶体管，所述输出级包括第二多个晶体管，其中，所述第二多个晶体管的工作电压阈值小于所述第一多个晶体管的工作电压阈值。
本发明所述的运算放大器，还包括控制级，用于接收第二偏置电流以及使能信号，并基于所述使能信号控制所述输入级和所述输出级，以及基于所述第二偏置电流产生第三偏置电流和第四偏置电流，其中，所述控制级通过所述第二电源供电电压供电。
本发明所述的运算放大器，其中，所述控制级还包括电流镜像电路，用于接收所述第二偏置电流并产生所述第三偏置电流和所述第四偏置电流，其中，所述第三偏置电流传递给所述第一电流源以产生所述第一偏置电流，所述第四偏置电流传递给所述输出级。
本发明所述的运算放大器，其中，所述控制级还包括开关，连接在所述第一电流源和所述电流镜像电路之间，所述开关用于隔离所述第一电源供电电压和所述第二电源供电电压；所述开关还用于接收所述使能信号，其中，当所述使能信号被设置为第一电压值时，所述开关开启使得所述第三偏置电流被传递给所述第一电流源；当所述使能信号被设置为第二电压值时，所述开关关断以阻止所述第三偏置电流传递给所述第一电流源。
本发明所述的运算放大器，其中，所述输出级还包括第二电流源，用于接收所述第四偏置电流并产生第五偏置电流给所述负载电路。
本发明所述的运算放大器，其中，所述输出级还包括放大器，与所述负载电路相连，所述放大器用于放大所述单端输出信号。
本发明所述的运算放大器，其中，所述输出级还包括箝位电路，与所述负载电路相连，所述箝位电路用于将所述单端输出信号箝位在预定电压。
本发明还提供一种运算放大器，包括：差分输入电路，用于接收差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流，其中，所述差分输入电路包括第三多个晶体管；第一电流源，与所述差分输入电路相连，用于为所述差分输入电路提供第一偏置电流，其中，所述第一电流源包括第四多个晶体管；以及负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流，并输出单端输出信号，其中，所述负载电路包括第五多个晶体管，其中，所述第五多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
本发明所述的运算放大器，还包括第二电流源，用于为所述负载电路提供第五偏置电流，其中，所述第二电流源包括第六多个晶体管；其中，所述第六多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
本发明所述的运算放大器，其中，所述第一电流源和所述差分输入电路由第一电源供电电压供电，所述负载电路和所述第二电流源由第二电源供电电压供电，其中，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压。
本发明所述的运算放大器，还包括电流镜像电路，用于接收第二偏置电流，并基于所述第二偏置电流产生第三偏置电流和第四偏置电流，其中，所述第三偏置电流被传递给所述第一电流源以产生所述第一偏置电流，所述第四偏置电流被传递给所述第二电流源以产生所述第五偏置电流。
本发明所述的运算放大器，其中，所述第一电流源和所述差分输入电路由第一电源供电电压供电，所述负载电路和所述第二电流源由第二电源供电电压供电，所述运算放大器还包括开关，连接在所述电流镜像电路和所述第一电流源之间，所述开关用于隔离所述第一电源供电电压和所述第二电源供电电压，所述开关还用于接收使能信号来控制所述第四偏置电流；其中，若所述使能信号被设置为第一电压值，所述开关开启使得所述第四偏置电流被传递给所述第一电流源；若所述使能信号被设置为第二电压值，所述开关关断以阻止所述第四偏置电流传递给所述第一电流源。
本发明所述的运算放大器，还包括放大器，与所述负载电路相连，所述放大器用于放大所述单端输出信号，其中，所述放大器包括第七多个晶体管，所述第七多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
本发明所述的运算放大器，还包括箝位电路，与所述负载电路相连，所述箝位电路用于将所述单端输出信号箝位在预定电压；其中，所述箝位电路包括第八多个晶体管，所述第八多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
本发明还提供一种电池管理系统，包括：输入电路，用于产生指示单电池电压的差分输入信号；运算放大器，与所述输入电路相连，用于接收和放大所述差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为单端输出信号，其中，所述运算放大器包括由第一电源供电电压供电的输入级以及由第二电源供电电压供电的输出级，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压；以及输出电路，与所述运算放大器相连，用于接收所述单端输出信号并基于所述单端输出信号确定所述单电池电压。
本发明所述的电池管理系统，其中，所述运算放大器包括：反相输入端，通过第一电阻与所述输入电路相连，所述反相输入端通过所述第一电阻接收所述差分输入信号中的一个输入信号；同相输入端，通过第二电阻与所述输入电路相连，并通过第三电阻接地；其中，所述同相输入端通过所述第二电阻接收所述差分输入信号中的另一个输入信号；以及输出端，通过第四电阻与所述反相输入端相连以形成负反馈回路，并输出所述单端输出信号给所述输出电路。
本发明所述的电池管理系统，其中，所述输入级包括：电流源，用于产生偏置电流，其中所述电流源包括第一多个晶体管；以及差分输入电路，与所述电流源相连以接收所述偏置电流，所述差分输入电路用于接收所述差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流；其中，所述差分输入电路包括第二多个晶体管；所述输出级包括：负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流并输出所述单端输出信号；其中，所述负载电路包括第三多个晶体管，所述第三多个晶体管的工作电压阈值小于所述第一多个晶体管和所述第二多个晶体管的工作电压阈值。
本发明所述的电池管理系统，其中，所述输入电路包括：连接电路，与电池组相连，所述电池组包括多个单电池；以及选择电路，连接在所述连接电路和所述运算放大器之间，所述选择电路用于从所述电池组中选择单电池，并将指示所述单电池电压的差分输入信号传递给所述运算放大器。
本发明所述的电池管理系统，其中，所述输出电路包括：模拟/数字转换器，与所述运算放大器相连，用于将模拟的所述单端输出信号转换为数字电压读数；以及微控制器，与所述模拟/数字转换器相连，用于根据所述数字电压读数确定所述单电池电压。
与现有技术相比，本发明运算放大器通采用不同的电源供电电压为输入级和输出级供电，因此无需额外的电平转换电路来增加控制信号的电平，因此减小了运算放大器的面积，降低了运算放大器的成本和功耗；进一步地，本发明运算放大器通过在输入级和输出级采用不同的晶体管，在减小运算放大器的面积的同时还改善了运算放大器的性能。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的运算放大器的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的运算放大器的电路示意图。
图3为本发明第二实施例提供的运算放大器的电路示意图。
图4为本发明第三实施例提供的运算放大器的电路示意图。
图5为本发明第四实施例提供的运算放大器的电路示意图。
图6为本发明一个实施例提供的电池管理系统的结构示意图。
图7为本发明又一个实施例提供的电池管理系统的电路示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本发明实施例提供了一种运算放大器，其中，运算放大器具有不同的电源供电电压；在一个实施例中，运算放大器包括输入级和输出级；进一步地，输入级包括第一电流源以及差分输入电路，具体地，第一电流源用于产生第一偏置电流，差分输入电路接收该第一偏置电流以及差分输入信号，并将该差分输入信号转换为差分输入电流。其中，输入级由第一电源供电电压供电，输出级包括负载电路，该负载电路与差分输入电路相耦合，用于接收差分输入电流并输出单端输出信号；输出级由第二电源供电电压供电，其中，第二电源供电电压低于第一电源供电电压。本发明实施例提供的运算放大器通过不同的电源供电电压供电，从而无需额外的电平转换电路，因此可减小运算放大器的面积，降低运算放大器的成本以及功耗。
图1为本发明一个实施例提供的运算放大器100的结构示意图；在图1所示实施例中，运算放大器100包括输入级110、输出级120以及控制级130；其中，输入级110接收差分输入信号Vin+、Vin-，将差分输入信号Vin+、Vin-转换为差分输入电流，输入级110由第一电源供电电压VCC供电；输出级120接收差分输入电流并输出单端输出信号Vout，输出级120由第二电源供电电压V_33供电；并且，第二电源供电电压V_33小于第一电源供电电压VCC。在一个实施例中，控制级130接收使能信号ENA以及第二偏置电流IBP以控制输入级110和输出级120。
有利的是，输入级110和输出级120由不同的电源供电电压供电，相对于现有技术而言，由于无需采用额外的电平转换电路，从而减小了运算放大器100的尺寸，降低了运算放大器100的功耗以及成本。
图2为本发明第一实施例提供的运算放大器200的电路示意图；图2与图1所示实施例中标号相同的元件具有相同或者相似的功能；在图2所示实施例中，运算放大器200包括输入级210、输出级220以及控制级240；其中，输入级210、输出级220以及控制级240分别对应图1所示实施例中的输入级110、输出级120以及控制级130。
在图2所示实施例中，输入级210接收差分输入信号Vin+、Vin-，并将差分输入信号Vin+、Vin-转换为差分输入电流I21、I22，并将差分输入电流I21、I22提供给输出级220；输入级210由第一电源供电电压VCC(例如：18V)供电。在一个实施例中，输入级210包括多个晶体管M211、M212、M213、M214，该多个晶体管M211、M212、M213、M214形成本发明实施例中的第一多个晶体管；输出级220接收来自输入级210的差分输入电流I21、I22，将差分输入信号Vin+、Vin-转化为单端输出信号Vout；输出级220由第二电源供电电压V_33(例如：3.3V)供电，并且该第二电源供电电压V_33小于第一电源供电电压VCC。在一个实施例中，输出级220包括多个晶体管M221、M222、M223、M224、M225、M226、M227、M228、M229、M230，该多个晶体管221、M222、M223、M224、M225、M226、M227、M228、M229、M230形成本发明实施例中的第二多个晶体管。在一个实施例中，该多个晶体管可以是(但不限制于)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，简称为MOSFET)或双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor，简称为BJT)。
在一个实施例中，输入级210中的晶体管M211、M212、M213、M214具体可以为高压晶体管，输出级220中的晶体管M221、M222、M223、M224、M225、M226、M227、M228、M229、M230具体可以为低压晶体管；其中，高压晶体管的工作电压阈值高于低压晶体管的工作电压阈值。本发明实施例中所述的工作电压阈值被定义为一个电压值，当晶体管的工作电压高于该电压值时晶体管的可靠性会被降低或晶体管会受到损坏。在一个实施例中，若晶体管具体为MOSFET，则工作电压阈值可以为作用在MOSFET的漏源之间的最大承受电压，该最大承受电压不具有损害该MO SFET的过度危险。在另一个实施例中，若晶体管具体为BJT，则工作电压阈值具体可以为作用在BJT的集电极和发射极之间的最大承受电压，该最大承受电压不具有损害该BJT的过度危险。在一个实施例中，高压MOSFET的源漏之间的最大承受电压大概为60V，低压MOSFET的源漏之间的最大承受电压为5.5V。在一个实施例中，高压晶体管的面积和寄生参数大于低压晶体管的面积和寄生参数。
在一个实施例中，输入级210包括差分输入电路212以及第一电流源214；差分输入电路212包括晶体管M211和晶体管M212，第一电流源214包括晶体管M213和晶体管M214。在一个实施例中，晶体管M211的栅极接收差分输入信号Vin-，晶体管M212的栅极接收差分输入信号Vin+。晶体管M211、晶体管M212的漏极耦合到输出级220。晶体管M211、晶体管M212将差分输入信号Vin+、Vin-转化为差分输入电流I21、I22，并将差分输入电流I21、I22提供给输出级220。晶体管M211和晶体管M212的共源级耦合到第一电流源214。在一个实施例中，晶体管M213和晶体管M214的源极耦接在一起，且第一电源供电电压VCC作用在晶体管M213和晶体管M214的共源极。晶体管M213和晶体管M214的栅极耦接在一起并通过上拉电阻R21接收第一电源供电电压VCC。当运算放大器200处于关闭状态时，上拉电阻R21用于关断第一电流源214，下面将会对上拉电阻R21如何关断第一电流源214做进一步描述。晶体管M213的漏极与控制级240相耦接以接收控制级240提供的第三偏置电流IBP_1，晶体管M213的漏极还与晶体管M213、晶体管M214的共栅极相耦接以构成一电流镜像电路。在第一电流源214中，流经晶体管M213的第三偏置电流IBP_1通过晶体管M214被镜像，并将该镜像后的偏置电流提供给差分输入电路212。在一个实施例中，晶体管M211-M214为P型MOSFET。
在一个实施例中，输出级220包括负载电路222和第二电流源224。在一个实施例中，负载电路222包括多个晶体管M221、M222、M223、M224、M225、M226，该多个晶体管M221、M222、M223、M224、M225、M226形成本发明实施例中的第五多个晶体管；其中，晶体管M221、M223、M225的源极分别与晶体管M222、M224、M226的漏极相连，晶体管M221的源极和晶体管M222的漏极之间的连接点N21与晶体管M223的源极和晶体管M224的漏极之间的连接点N22分别从输入级210接收差分输入电流I21、差分输入电流I22，晶体管M222、M224、M226的源极接地，晶体管M221、M223的共栅极与晶体管M225的漏极相耦接以执行电流镜像，晶体管M225的漏极还与晶体管M225、晶体管M226的共栅极相耦接。晶体管M222、晶体管M224的共栅极与晶体管M221的漏极相耦接。因此，负载电路222被执行为一折叠式共源共栅电路，且连接点N21处的电流I21被镜像并叠加至连接点N22处的电流I22上。负载电路222接收差分输入电流I21、I22并输出单端输出信号Vout。在一个实施例中，负载电路222增加了运算放大器200的增益以基于该差分输入电流I21、I22放大该差分输入信号Vin+、Vin-。在一个实施例中，晶体管M221-M226为N型MOSFET。
在一个实施例中，第二电流源224包括多个晶体管M227、M228、M229、M230，该多个晶体管M227、M228、M229、M230形成本发明实施例中的第六多个晶体管。第二电源供电电压V_33作用在晶体管M227、M228、M229、M230的共源极上。晶体管M227、M228的共栅极与晶体管M229、M230的共栅极相耦接。晶体管M230的漏极与控制级240相耦接以接收来自控制级240的第四偏置电流IBP_2，晶体管M230的漏极还与晶体管M227、M228、M229、M230的共栅极相连以执行一电流镜像电路。晶体管M227、M228、M229的漏极分别与晶体管M223、M221、M225的漏极相连，并给负载电路222提供第五偏置电流。在一个实施例中，晶体管M227、M228、M229、M230为P型MOSFET。
在一个实施例中，输出级220还包括补偿电路226。在一个实施例中，补偿电路226具体可以为米勒(Miler)补偿电路，补偿电路226可以包括电阻R22和与电阻R22相串联的电容C21。补偿电路226与负载电路222相耦接以稳定单端输出信号Vout。
在一个实施例中，差分输入电路212、第一电流源214、负载电路222以及第二电流源224形成第一级放大器。在一个实施例中，输出级220还包括第二级放大器228以进一步放大单端输出信号Vout。在一个实施例中，第二级放大器228为单级放大器，该第二放大级228包括晶体管M231和晶体管M232，晶体管M231和晶体管M232形成本发明实施例中的第七多个晶体管；其中，晶体管M231的栅极与负载电路222相连以进一步放大单端输出信号Vout并输出放大后的单端输出信号Vout，晶体管M231的源极接地，晶体管M231的漏极与晶体管M232的漏极相连。在一个实施例中，晶体管M232的源极接收第二电源供电电压V_33，晶体管M232的栅极与晶体管M227、M228、M229、M230的栅极相连，晶体管M232的漏极与晶体管M231的漏极相连，流经晶体管M230的第四偏置电流IBP_2被晶体管232镜像后提供给晶体管M231。因此，晶体管M232可以作为电流源工作。在一个实施例中，晶体管M231为N型MO SFET，晶体管M232为P型MOSFET。
在一个实施例中，控制级240接收使能信号ENA以及第二偏置电流IBP，并分别为输入级210和输出级220提供第三偏置电流IBP_1和第四偏置电流IBP_2。在一个实施例中，控制级240由第二电源供电电压V_33供电。在一个实施例中，控制级240包括晶体管M241、M242、M243、M244、M245以及开关MS21、MS22、MS23、MS24、MS25、MS 26、M27。在一个实施例中，控制级240中的晶体管M241-M245以及开关MS 21、MS 23、MS 24、MS 25、MS26、M27为低压晶体管，开关MS22为高压晶体管，用于隔离第一电源供电电压VCC和第二电源供电电压V_33。
在一个实施例中，控制级240包括反相器242、电流镜像电路244以及开关MS21-MS27。在一个实施例中，反相器242包括晶体管M241和晶体管M242。晶体管M241、晶体管M242的共栅极接收使能信号ENA。晶体管M241、晶体管M242的共漏极输出反相使能信号ENA_N。第二电源供电电压V_33作用在晶体管M241的源极。晶体管M242的源极接地。在一个实施例中，晶体管M241为P型MOSFET，晶体管M242为N型MOSFET。
在一个实施例中，电流镜像电路244包括晶体管M243、M244、M245；晶体管M243、M244、M245的源极接地，晶体管M243、M244、M245的栅极连接在一起，晶体管M243的漏极还与晶体管M243、M244、M245的共栅极相连以形成电流镜像。晶体管M244的漏极与开关MS22的源极相连。流经晶体管M243的第二偏置电流IBP被晶体管M244镜像，从而通过开关MS22为第一电流源214提供第三偏置电流IBP_1。流经晶体管M243的第二偏置电流IBP还被晶体管M245镜像，从而为第二电流源224提供第四偏置电流IBP_2。晶体管M245的漏极与第二电流源224相连。在一个实施例中，晶体管M243、M244、M245为N型MOSFET。
在一个实施例中，可提供开关MS21用于控制电流镜电路244；具体地，开关MS21的栅极接收反相使能信号ENA_N，开关MS21的源极接地。在一个实施例中，电流镜像电路244由第二电源供电电压V_33供电，第一电流源214由第一电源供电电压VCC供电，开关MS22可用于隔离第一电源供电电压VCC以及第二电源供电电压V_33，并且还用于控制传递给第一电流源214的第三偏置电流IBP_1。开关MS22的栅极接收使能信号ENA，开关MS22的漏极与电流源214相连。在一个实施例中，开关MS23和开关MS24的共栅极接收反相使能信号ENA_N从而控制负载电路222，开关MS23和MS24的源极均接地。开关MS23的漏极与晶体管M223、M224的连接点N22相连。开关MS24的漏极与晶体管M221、M222的连接点N21相连。开关MS25可以用于控制晶体管M331，开关MS25的栅极和开关MS25的源极均接地，开关MS25的漏极与晶体管M231的栅极相连。开关MS26可以用于控制单端输出信号Vout，开关MS26的栅极接收反相使能信号ENA_N，开关MS26的源极接地，开关MS26的漏极与晶体管M231的漏极相连。开关MS27可以用于控制第二电流源224以及晶体管M232，开关MS27的栅极接收使能信号ENA，开关MS27的源极接收第二电源供电电压V_33，开关MS27的漏极与晶体管M227-M230以及M232的共栅极相连。在一个实施例中，开关MS21-MS26具体可以为N型MOSFET，开关MS27具体可以为P型MOSFET。
在工作过程中，当使能信号ENA被设置为第一电压值(例如：3.3V)并且反相使能信号ENA_N被反相为第二电压值(例如：0V)时，开关MS22被开启，开关MS21、MS23-MS27被关断，因此电流镜像电路244被打开，从电流镜像电路244输出的第三偏置电流IBP_1通过开关MS22传递给第一电流源214，从电流镜像电路244输出的第四偏置电流IBP_2被提供给第二电流源224，因此运算放大器200处于工作状态。当使能信号ENA被设置为第二电压值(例如：0V)并且反相使能信号ENA_N被反相为第一电压值(例如：3.3V)时，开关MS22被关断，开关MS21、MS23-MS27被开启，由此，电流镜像电路244、负载电路222、第二电流源224、放大器228被关闭；开关MS22阻止了从电流镜像电路244输出的第一偏置电路IBP_1传递给第一电流源214，从电流镜像电路244输出的第二偏置电流IBP_2也不能被提供给第二电流源224。第一电流源214被上拉电阻R21关断，因此运算放大器200处于关闭状态。
有利的是，通过在输入级210使用高压晶体管以及在输出级220使用低压晶体管，以及，为输入级210提供第一电源供电电压VCC及为输出级220提供第二电源供电电压V_33，使得输入级210和输出级220可以通过不同的电源供电电压供电，相较于现有技术而言，无需采用额外的电平转换电路来增加使能信号ENA的电平以控制输入级210以及输出级220中的晶体管，从而减小了运算放大器200的面积，降低了运算放大器200的成本以及功耗；进一步地，由于输出级220采用了低压晶体管，因此降低了运算放大器200的寄生参数，运算放大器200的性能也由此得到改善。
图3为本发明第二实施例提供的运算放大器300的电路示意图。图3与图1及图2标号相同的元件具有相同或者相似的功能。在图3所示实施例中，运算放大器300包括：输入级310、输出级220以及控制级340。输入级310、输出级220以及控制级340分别对应于图1所示实施例中的输入级110、输出级120以及控制级130。
与图2所示实施例中的运算放大器200相比，图3所示实施例中的运算放大器300包括输入级310中的差分输入电路312。差分输入电路312具体为共源共栅式差分输入电路，并包括多个晶体管M311、M312、M313、M314、M315，该多个晶体管M311、M312、M313、M314、M315形成本发明实施例中的第三多个晶体管。在一个实施例中，晶体管M311、M312为低压晶体管，晶体管M313、M314、M315为高压晶体管。差分输入电路312包括共源共栅电路313以及偏置电压电路314；其中，共源共栅电路313包括晶体管M311-M314，晶体管M311、M312的栅极接收差分输入信号Vin-、Vin+，晶体管M311、M312的共源极与第一电流源214相耦接以接收来自第一电流源214的第一偏置电流，晶体管M311、M312的漏极分别与晶体管M313、M314的源极相连。晶体管M313、M314的漏极与输出级220相耦接，具体地，晶体管M313的漏极与输出级220中的连接点N21相连、晶体管M314的漏极与输出级220中的连接点N22相连。共源共栅电路313将差分输入信号Vin+、Vin-转换为差分输入电流I31、I32并提供给输出级220。晶体管M313、M314的共栅极与偏置电压电路314相耦接，偏置电压电路314包括电阻R31以及晶体管M315，用于为晶体管M313、M314的栅极提供偏置电压；具体地，晶体管M315的源极通过电阻R31与晶体管M311、M312的共源极相连，晶体管M315的栅极和漏极均与晶体管M313、M314的共栅极相连。在一个实施例中，晶体管M311-M315为P型MOSFET。
与图2所示实施例中的控制级240相比，本发明实施例中的控制级340还包括开关MS31以及晶体管M316。在一个实施例中，开关MS31为高压晶体管，晶体管M316为低压晶体管。进一步地，晶体管M316的栅极与晶体管M243、M244、M245的共栅极相连。流经晶体管M243的第二偏置电流IBP被晶体管M316镜像以通过开关MS31为偏置电路314提供第六偏置电流IBP_3。开关MS31的栅极接收使能信号ENA。在一个实施例中，开关MS31以及晶体管M316为N型MOSFET。
图4为本发明第三实施例提供的运算放大器400的电路示意图。图4与图1至图3标号相同的元件具有相同或者相似的功能。在图4所示实施例中，运算放大器400包括输入级210、输出级420以及控制级440。输入级210、输出级420以及控制级440分别对应于图1所示实施例中的输入级110、输出级120以及控制级130。
与图2所示实施例中的输出级220相比，本发明实施例中的输出级420中的负载电路422包括一对电流镜像电路，该一对电流镜像电路通过晶体管M411-M414实现。在一个实施例中，晶体管M411-M414为低压晶体管，晶体管M411-M414的源极接地。晶体管M411的漏极与开关MS24的漏极相连，开关MS24的漏极还与晶体管M411、M412的共栅极相连，从而实现第一电流镜像。晶体管M413的漏极与开关MS23的漏极相连，晶体管M413的漏极还与晶体管M413、M414的共栅极相连，从而实现第二电流镜像。晶体管M411、M413的漏极与输入级210相耦接，从而接收差分输入电流I21、I22。负载电路422接收差分输入电流I21、I22并输出单端输出信号Vout。在一个实施例中，负载电路422增加了运算放大器400的增益以基于差分输入电流IX、I22放大差分输入信号Vin+、Vin-。在一个实施例中，晶体管M411-M414为N型MOSFET。
与图2所示实施例中的输出级220相比，本发明实施例通过第二电流源424为负载电路422提供第五偏置电流，并且该第二电流源424包括晶体管M415、M416，晶体管M415、M416形成本发明实施例中的第六多个晶体管。在一个实施例中，晶体管M415、M416为，低压晶体管，晶体管M415、M416的源极接收第二电源供电电压V_33，晶体管M415、M416的漏极分别与晶体管M412、M414的漏极相连，从而为负载电路422提供第五偏置电流。晶体管M415、M416、M230、M232形成电流镜像电路。在一个实施例中，晶体管M415、M416为P型MOSFET。在一个实施例中，控制级440还包括开关MS41来控制第二电流源424。在一个实施例中，开关MS41为低压晶体管，开关MS41的源极由第二电源供电电压V_33供电，开关MS41的栅极接收使能信号ENA，开关MS41的漏极与晶体管M415、M416的共栅极相连。在一个实施例中，开关MS41为P型MOSFET。
图5为本发明第四实施例提供的运算放大器500的电路示意图。图5与图1至图4标号相同的元件具有相同或者相似的功能。在图5所示实施例中，运算放大器500包括输入级210、输出级520以及控制级540。本发明实施例中的输入级210、输出级520以及控制级540分别对应于图1中的输入级110、输出级120以及控制级130。
与图2所示实施例中的输出级220相比，本发明实施例中的输出级520中的负载电路522具体为电流镜像电路，该负载电路522包括晶体管M511和晶体管M512。在一个实施例中，晶体管M511、M512为低压晶体管，晶体管M511-M512的源极接地，晶体管M511、M512的漏极与输入级210相耦合以接收差分输入电流I21、I22，晶体管M511的漏极还与晶体管M511、M512的共栅极相连，从而执行电流镜像。负载电路522接收差分输入电流I21、I22，并输出单端输出信号Vout。在一个实施例中，晶体管M511、M513为N型MOSFET。
在一个实施例中，输出级520还包括箝位电路524，该箝位电路524包括多个晶体管M513、M514、M515，该多个晶体管M513、M514、M515形成本发明实施例中的第八多个晶体管。在一个实施例中，晶体管M513-M515为低压晶体管。箝位电路514用于将单端输出电压Vout箝位在一个小于低压晶体管的源漏之间的最大承受电压的电压水平，该电压水平例如为5.5V，从而保护晶体管M512以及晶体管M231。在一个实施例中，晶体管M513的栅极和漏极与负载电路522的输出相耦接，晶体管M514的栅极和漏极与晶体管M513的源极相连，晶体管M515的栅极和漏极与晶体管M514的源极相连，晶体管M515的源极接地。在一个实施例中，晶体管M513-M515为N型MOSFET。
在一个实施例中，控制级540还包括开关MS51，用于控制负载电路522。在一个实施例中，开关MS51为低压晶体管，开关MS51的源极和开关MS51的栅极均接地，开关MS51的漏极与晶体管M511、晶体管M512的共栅极相连。在一个实施例中，开关MS51为N型MOSFET。
图6为本发明一个实施例提供的电池管理系统600的结构示意图，该电池管理系统600可以用于接收差分输入信号以进行处理，该差分输入信号例如可以为图1至图5所示实施例中的差分输入信号Vin+、Vin-。如图6所示，电池管理系统600包括输入电路610、运算放大器620以及输出电路630；其中，输入电路610用于产生差分输入信号，运算放大器620用于接收并放大该差分输入信号，并输出单端输出信号，输出级630接收单端输出信号以做进一步的处理。进一步地，运算放大器620可以包括输入级、输出级以及控制级。运算放大器620可采用图1至图5所示实施例中的任一运算放大器的电路结构。
图7为本发明又一个实施例提供的电池管理系统700的电路示意图。图7与图6标号相同的元件具有相同或者相似的功能。如图7所示，电池管理系统700包括输入电路610、运算放大器620以及输出电路630。在一个实施例中，电池管理系统700被用来测量电池组710的单电池电压，该电池组710包括多个单电池。本发明实施例仅作为说明目的，将图7所示实施例中的电池组710具体包括五个串联的单电池711、712、713、714、715作为说明。在其他实施例中，电池组710中的单电池的个数并不能形成对本发明实施例的限制，电池组710可包括任意数目的单电池。
输入电路610与电池组710相耦接，并可以用于产生差分输入信号Vin+、Vin-，该差分输入信号Vin+、Vin-指示从单电池711-715中选择出的单电池的电池电压。在一个实施例中，输入电路610包括连接电路720以及选择电路730；连接电路720包括并联的电阻R0、R1、R2、R3、R4、R5以及串联的电容C1、C2、C3、C4、C5，选择电路730包括第一多个开关SP1、SP2、SP3、SP4、SP5以及第二多个开关SN1、SN2、SN3、SN4、SN5。选择电路730通过连接电路720从电池组710中选择一单电池，并将指示所选择的单电池的电池电压的差分输入信号Vin+、Vin-传递给运算放大器620。
运算放大器620与输入电路610相耦接以接收和放大指示所选择的单电池的电池的差分输入信号Vin+、Vin-，并输出单端输出信号Vout给输出电路630。运算放大器620的反相输入端与选择电路730的第二多个开关SN1-SN5相耦接，以通过电阻R6接收差分输入信号Vin-，并通过电阻R7与运算放大器的输出端相连以形成负反馈回路。在一个实施例中，运算放大器620的同相输入端通过电阻R8与选择电路730的第一多个开关SP1-SP5相耦接以接收差分输入信号Vin+，并通过电阻R9接地。在一个实施例中，运算放大器620接收使能信号ENA以及第二偏置电流IBP，并由第一电源供电电压VCC和第二电源供电电压V_33供电。在一个实施例中，第二电源供电电压V_33小于第一电源供电电压VCC。在一个实施例中，可以通过调节器701调节第一电源供电电压VCC产生第二电源供电电压V_33。
例如：电池组710的总电压具体可以为20V，则电池组710的总电压被用作第一电源供电电压VCC。调节器701调节第一电源供电电压VCC以输出大约为3.3V的调节电压，该调节电压被用作第二电源供电电压V_33。在一个实施例中，电阻R6和电阻R7的阻值比例为1∶1，电阻R8和电阻R9的阻值比例为2∶1。选择电路730通过开启单电池对应的两个开关并关断其他的开关来选择单电池，例如：通过开启第一开关SP5以及第二开关SN5并关断其余开关，单电池715被选择电路730选择，因此，运算放大器620的差分输入信号Vin+、Vin-指示单电池715的电池电压。例如：如果电池组710的总电压为20V，电阻R8和电阻R9的阻值比例为2∶1，运算放大器620的同相输入端和反相输入端的共模输入电平大约为6.6V，也即，运算放大器620的同相输入端和反相输入端的共模输入电平高于第二电源电压V_33(例如：3.3V)。现有技术通过高于共模输入电平的电源电压(例如：第一电源供电电压VCC)来供电，并且不能用低于共模输入电平的电源电压(例如：第二电源供电电压V_33)来供电，因此现有的运算放大器的输入级和输出级由于均使用高压晶体管具有较大的面积和较差的性能，而本发明实施例通过采用上述技术手段，减小了运算放大器的面积，降低了运算放大器的成本以及功耗；本发明实施例还避免了现有的运算放大器所使用的电平转换电路来增加控制信号的电压水平以关断高压晶体管，从而进一步减小了运算放大器的面积，降低了运算放大器的成本以及功耗。
输出电路630接收单端输出信号Vout并确定所选择的单电池的电池电压。由于电阻R6和电阻R7的阻值比例为1∶1，单端输出信号Vout与差分输入信号Vin+和差分输入信号Vin-的差值相等。在一个实施例中，输出电路630包括模拟/数字(A/D)转换器740以及微控制器(MCU)750；其中，A/D转换器740与运算放大器620的输出端相连，并将模拟的单端输出信号Vout转换为数字电压读数，微控制器750与A/D转换器740相连，并处理电压读数以确定所选择的单电池的电压值。在一个实施例中，微控制器750还根据所选择的单电池的电池电压执行各种功能，例如：电池充电控制和保护。
有利的是，通过在运算放大器的输入级使用高压晶体管以及在运算放大器的输出级使用低压晶体管，并且输入级由第一电源供电电压供电以及输出级由小于第一电源供电电压的第二电源供电电压供电。相较于现有技术，无需采用额外的电平转换电路以增加控制信号(例如：使能信号ENA)的电平从而控制运算放大器，从而减小了运算放大器的面积，降低了运算放大器的成本以及功耗。进一步地，由于输出级中的低压晶体管代替了现有技术中的高压晶体管，因此降低了运算放大器的寄生参数，从而改善了运算放大器的性能。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (20)

1.一种运算放大器，其特征在于，所述运算放大器包括：输入级和输出级；
所述输入级包括：
第一电流源，用于产生第一偏置电流；以及
差分输入电路，与所述第一电流源相连，用于接收所述第一偏置电流以及差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流，其中，所述输入级通过第一电源供电电压供电；以及
所述输出级包括：
负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流并输出单端输出信号，其中，所述输出级通过第二电源供电电压供电，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压。
2.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述输入级包括第一多个晶体管，所述输出级包括第二多个晶体管，其中，所述第二多个晶体管的工作电压阈值小于所述第一多个晶体管的工作电压阈值。
3.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括控制级，用于接收第二偏置电流以及使能信号，并基于所述使能信号控制所述输入级和所述输出级，以及基于所述第二偏置电流产生第三偏置电流和第四偏置电流，其中，所述控制级通过所述第二电源供电电压供电。
4.根据权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述控制级还包括电流镜像电路，用于接收所述第二偏置电流并产生所述第三偏置电流和所述第四偏置电流，其中，所述第三偏置电流传递给所述第一电流源以产生所述第一偏置电流，所述第四偏置电流传递给所述输出级。
5.根据权利要求4所述的运算放大器，其特征在于，所述控制级还包括开关，连接在所述第一电流源和所述电流镜像电路之间，所述开关用于隔离所述第一电源供电电压和所述第二电源供电电压；所述开关还用于接收所述使能信号，其中，当所述使能信号被设置为第一电压值时，所述开关开启使得所述第三偏置电流被传递给所述第一电流源；当所述使能信号被设置为第二电压值时，所述开关关断以阻止所述第三偏置电流传递给所述第一电流源。
6.根据权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述输出级还包括第二电流源，用于接收所述第四偏置电流并产生第五偏置电流给所述负载电路。
7.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述输出级还包括放大器，与所述负载电路相连，所述放大器用于放大所述单端输出信号。
8.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述输出级还包括箝位电路，与所述负载电路相连，所述箝位电路用于将所述单端输出信号箝位在预定电压。
9.一种运算放大器，其特征在于，所述运算放大器包括：
差分输入电路，用于接收差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流，其中，所述差分输入电路包括第三多个晶体管；
第一电流源，与所述差分输入电路相连，用于为所述差分输入电路提供第一偏置电流，其中，所述第一电流源包括第四多个晶体管；以及
负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流，并输出单端输出信号，其中，所述负载电路包括第五多个晶体管，其中，所述第五多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
10.根据权利要求9所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括第二电流源，用于为所述负载电路提供第五偏置电流，其中，所述第二电流源包括第六多个晶体管；其中，所述第六多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
11.根据权利要求10所述的运算放大器，其特征在于，所述第一电流源和所述差分输入电路由第一电源供电电压供电，所述负载电路和所述第二电流源由第二电源供电电压供电，其中，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压。
12.根据权利要求10所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括电流镜像电路，用于接收第二偏置电流，并基于所述第二偏置电流产生第三偏置电流和第四偏置电流，其中，所述第三偏置电流被传递给所述第一电流源以产生所述第一偏置电流，所述第四偏置电流被传递给所述第二电流源以产生所述第五偏置电流。
13.根据权利要求12所述的运算放大器，其特征在于，所述第一电流源和所述差分输入电路由第一电源供电电压供电，所述负载电路和所述第二电流源由第二电源供电电压供电，所述运算放大器还包括开关，连接在所述电流镜像电路和所述第一电流源之间，所述开关用于隔离所述第一电源供电电压和所述第二电源供电电压，所述开关还用于接收使能信号来控制所述第四偏置电流；其中，若所述使能信号被设置为第一电压值，所述开关开启使得所述第四偏置电流被传递给所述第一电流源；若所述使能信号被设置为第二电压值，所述开关关断以阻止所述第四偏置电流传递给所述第一电流源。
14.根据权利要求9所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括放大器，与所述负载电路相连，所述放大器用于放大所述单端输出信号，其中，所述放大器包括第七多个晶体管，所述第七多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
15.根据权利要求9所述的运算放大器，其特征在于，所述运算放大器还包括箝位电路，与所述负载电路相连，所述箝位电路用于将所述单端输出信号箝位在预定电压；其中，所述箝位电路包括第八多个晶体管，所述第八多个晶体管的工作电压阈值小于所述第三多个晶体管和所述第四多个晶体管的工作电压阈值。
16.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：
输入电路，用于产生指示单电池电压的差分输入信号；
运算放大器，与所述输入电路相连，用于接收和放大所述差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为单端输出信号，其中，所述运算放大器包括由第一电源供电电压供电的输入级以及由第二电源供电电压供电的输出级，所述第二电源供电电压小于所述第一电源供电电压；以及
输出电路，与所述运算放大器相连，用于接收所述单端输出信号并基于所述单端输出信号确定所述单电池电压。
17.根据权利要求16所述的电池管理系统，其特征在于，所述运算放大器包括：
反相输入端，通过第一电阻与所述输入电路相连，所述反相输入端通过所述第一电阻接收所述差分输入信号中的一个输入信号；
同相输入端，通过第二电阻与所述输入电路相连，并通过第三电阻接地；其中，所述同相输入端通过所述第二电阻接收所述差分输入信号中的另一个输入信号；以及
输出端，通过第四电阻与所述反相输入端相连以形成负反馈回路，并输出所述单端输出信号给所述输出电路。
18.根据权利要求17所述的电池管理系统，其特征在于，
所述输入级包括：
电流源，用于产生偏置电流，其中所述电流源包括第一多个晶体管；以及
差分输入电路，与所述电流源相连以接收所述偏置电流，所述差分输入电路用于接收所述差分输入信号，并将所述差分输入信号转换为差分输入电流；其中，所述差分输入电路包括第二多个晶体管；
所述输出级包括：
负载电路，与所述差分输入电路相连，用于接收所述差分输入电流并输出所述单端输出信号；其中，所述负载电路包括第三多个晶体管，所述第三多个晶体管的工作电压阈值小于所述第一多个晶体管和所述第二多个晶体管的工作电压阈值。
19.根据权利要求16所述的电池管理系统，其特征在于，所述输入电路包括：
连接电路，与电池组相连，所述电池组包括多个单电池；以及
选择电路，连接在所述连接电路和所述运算放大器之间，所述选择电路用于从所述电池组中选择单电池，并将指示所述单电池电压的差分输入信号传递给所述运算放大器。
20.根据权利要求16所述的电池管理系统，其特征在于，所述输出电路包括：
模拟/数字转换器，与所述运算放大器相连，用于将模拟的所述单端输出信号转换为数字电压读数；以及
微控制器，与所述模拟/数字转换器相连，用于根据所述数字电压读数确定所述单电池电压。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103710939A (zh) * 2013-12-25 2014-04-09 周庆芬 一种带有自保护装置的洗衣机
CN108512516A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 意法半导体股份有限公司 运算放大器、对应的电路、设备以及方法
CN109130948A (zh) * 2018-09-12 2019-01-04 深圳市思达仪表有限公司 一种bms双辅源供电系统
CN109565277A (zh) * 2016-08-30 2019-04-02 株式会社半导体能源研究所 接收差分信号的接收器、包括接收器的ic以及显示装置
CN109584781A (zh) * 2019-02-14 2019-04-05 合肥奕斯伟集成电路有限公司 一种伽玛运算放大器及驱动电路
CN110838844A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 湖南国科微电子股份有限公司 差分信号转单端信号电路、锁相环和serdes电路
CN112730527A (zh) * 2020-12-18 2021-04-30 中国科学技术大学 基于mems气体传感器阵列的气体检测系统
CN113796161A (zh) * 2019-05-07 2021-12-14 昕诺飞控股有限公司 用于确定输入信号的特性的系统和方法
CN114039560A (zh) * 2021-10-13 2022-02-11 杭州深谙微电子科技有限公司 一种运算放大器及其输出级电路

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9342085B2 (en) * 2014-10-13 2016-05-17 Stmicroelectronics International N.V. Circuit for regulating startup and operation voltage of an electronic device
US9831840B2 (en) * 2015-05-18 2017-11-28 Texas Instruments Incorporated Amplifier circuit and method for adaptive amplifier biasing
US9859733B2 (en) * 2015-09-01 2018-01-02 Active-Semi (Bvi), Inc. Current sense apparatus for battery charger systems
US10199842B2 (en) * 2016-03-30 2019-02-05 Intel Corporation Power supply control system
IT201700021392A1 (it) 2017-02-24 2018-08-24 St Microelectronics Srl Circuito di pilotaggio, apparecchiatura ad ultrasuoni e procedimento corrispondenti
US10730073B2 (en) 2017-02-24 2020-08-04 Stmicroelectronics S.R.L. Electronic circuit, corresponding ultrasound apparatus and method
US10270392B1 (en) 2017-11-22 2019-04-23 Qualcomm Incorporated Low-power differential amplifier with improved unity gain frequency
TWI651913B (zh) * 2018-04-20 2019-02-21 聯華聚能科技股份有限公司 電池管理系統
EP3791469A4 (en) * 2018-05-07 2022-01-12 MACOM Technology Solutions Holdings, Inc. COMPACT HIGH GAIN AMPLIFIER WITH DC COUPLED STAGE
US11870348B1 (en) * 2020-08-28 2024-01-09 Empower Semiconductor, Inc. High speed, low quiescent current comparator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504435B1 (en) * 2000-08-31 2003-01-07 Texas Instruments Incorporated Feedback clamp circuit to prevent overcharge in compensation capacitor
US20030052688A1 (en) * 2001-05-29 2003-03-20 Hirofumi Yudahira Battery voltage detection device
US20030128072A1 (en) * 2001-09-21 2003-07-10 Tran Hieu Van Folded cascode high voltage operational amplifier with class AB source follower output stage
CN1607564A (zh) * 2003-09-26 2005-04-20 恩益禧电子股份有限公司 差分ab类放大电路和使用该电路的驱动电路
US7196581B2 (en) * 2005-05-20 2007-03-27 Texas Instruments Incorporated Amplifier switching control circuit and method for current shunt instrumentation amplifier having extended position and negative input common mode range
CN101534099A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 恩益禧电子股份有限公司 差分放大器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7042290B2 (en) * 2003-09-16 2006-05-09 Texas Instruments Incorporated Output stage circuit for an operational amplifier
CN102313873B (zh) * 2010-07-08 2014-07-09 凹凸电子（武汉）有限公司 电池节数检测电路及方法和监测系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504435B1 (en) * 2000-08-31 2003-01-07 Texas Instruments Incorporated Feedback clamp circuit to prevent overcharge in compensation capacitor
US20030052688A1 (en) * 2001-05-29 2003-03-20 Hirofumi Yudahira Battery voltage detection device
US20030128072A1 (en) * 2001-09-21 2003-07-10 Tran Hieu Van Folded cascode high voltage operational amplifier with class AB source follower output stage
CN1607564A (zh) * 2003-09-26 2005-04-20 恩益禧电子股份有限公司 差分ab类放大电路和使用该电路的驱动电路
US7196581B2 (en) * 2005-05-20 2007-03-27 Texas Instruments Incorporated Amplifier switching control circuit and method for current shunt instrumentation amplifier having extended position and negative input common mode range
CN101534099A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 恩益禧电子股份有限公司 差分放大器

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103710939B (zh) * 2013-12-25 2016-03-23 周庆芬 一种带有自保护装置的洗衣机
CN103710939A (zh) * 2013-12-25 2014-04-09 周庆芬 一种带有自保护装置的洗衣机
CN109565277A (zh) * 2016-08-30 2019-04-02 株式会社半导体能源研究所 接收差分信号的接收器、包括接收器的ic以及显示装置
CN109565277B (zh) * 2016-08-30 2024-03-22 株式会社半导体能源研究所 接收差分信号的接收器、包括接收器的ic以及显示装置
CN108512516B (zh) * 2017-02-24 2022-01-25 意法半导体股份有限公司 运算放大器、对应的电路、设备以及方法
CN108512516A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 意法半导体股份有限公司 运算放大器、对应的电路、设备以及方法
CN109130948A (zh) * 2018-09-12 2019-01-04 深圳市思达仪表有限公司 一种bms双辅源供电系统
CN109130948B (zh) * 2018-09-12 2024-03-01 深圳市思达仪表有限公司 一种bms双辅源供电系统
CN109584781A (zh) * 2019-02-14 2019-04-05 合肥奕斯伟集成电路有限公司 一种伽玛运算放大器及驱动电路
CN113796161A (zh) * 2019-05-07 2021-12-14 昕诺飞控股有限公司 用于确定输入信号的特性的系统和方法
CN110838844A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 湖南国科微电子股份有限公司 差分信号转单端信号电路、锁相环和serdes电路
CN110838844B (zh) * 2019-11-15 2023-09-05 湖南国科微电子股份有限公司 差分信号转单端信号电路、锁相环和serdes电路
CN112730527A (zh) * 2020-12-18 2021-04-30 中国科学技术大学 基于mems气体传感器阵列的气体检测系统
CN112730527B (zh) * 2020-12-18 2022-05-13 中国科学技术大学 基于mems气体传感器阵列的气体检测系统
CN114039560A (zh) * 2021-10-13 2022-02-11 杭州深谙微电子科技有限公司 一种运算放大器及其输出级电路

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